CN105044407A - 一种任意仿真波形的生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种任意仿真波形的生成方法及装置，该方法步骤包括：1）根据仿真测试所需的波形信号预先生成对应的波形数据并进行存储；2）执行仿真测试时，将存储的波形数据转化为对应的电压或电流信号，并按预设的第一采样率进行输出，得到原始仿真波形信号输出；3）将原始仿真波形信号进行信号调理，输出所需大小的仿真波形信号；该装置包括仿真波形数据生成模块、仿真信号触发模块以及仿真信号调理模块。本发明能够生成适用于各类仿真需求的任意仿真波形，且具有波形生成方法简单、所需成本低、以及波形生成精度和效率高的优点。

Description

一种任意仿真波形的生成方法及装置

技术领域

本发明涉及电气仿真测试技术领域，尤其涉及一种任意仿真波形的生成方法及装置。

背景技术

为了提高电气产品的可靠性，在产品设计过程中，需要对其要进行大量的仿真测试工作，来发现产品潜在的设计缺陷以改进产品，从而可以提高产品的质量。在仿真测试中，最为重要的即是选取信号输入源，仿真信号通常是由标准信号源产生，主要包括直流、正余弦、三角波、方波等比较规则的信号输入源。标准信号源所产生的仿真信号仅能够提供初级的测试，无法准确、完整的进行仿真测试，很难彻底地测试产品所存在的缺陷，因而测试产品在到实际环境中，大都需要比较复杂的信号输入源。

为了获得仿真测试所需的复杂波形，目前通常都是基于标准信号源的叠加和复杂算法生成信号源，即采用随机信号和规则信号的叠加来进行模拟，再通过大量的数理分析获得实际信号的参数，以求解出发生信号源的公式，最终生成得到所需的实际仿真波形。但该类方式进行仿真信号生成时存在以下问题：

（1）由于是基于信号的叠加，所能够生成的波形有限，对于用户自行设计、无法通过数学公式直接表示的波形信号则不能实现；

（2）由于要获得更加接近实际环境的信号输入还需要大量的数理分析，为仿真测试增加了很大的工作量，从而会降低仿真测试的效率；

（3）面对复杂环境中工作的电气产品的仿真测试时，产品输入信号源会随着环境的变化发生改变，甚至发生理论上难以预想的情况，因而难以在真实环境下实现所需的仿真信号或者用户设计的信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现原理简单、所需成本低、能够根据需求实现任意仿真波形的生成，且波形生成效率及精度高的任意仿真波形的生成方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种任意仿真波形的生成方法，步骤包括：

1）波形数据生成：根据仿真所需的波形信号预先生成对应的波形数据并进行存储；

2）仿真信号触发：执行仿真测试时，将存储的所述波形数据转化为对应的电压或电流信号，并按预设的第一采样率进行输出，得到原始波形信号输出；

3）仿真信号调理：将所述原始波形信号进行信号调理，得到所需大小的仿真波形信号输出。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤1）的具体步骤为：

1.1）仿真波形记录：根据仿真所需的波形信号绘制对应的图形并记录图形轨迹，所述图形轨迹的纵向坐标位置对应幅值大小；

1.2）波形数据获取：按预设的第二采样率获取所述图形轨迹中离散数据点的幅值数据，得到对应的波形数据；

1.3）波形数据存储：将获取得到的所述波形数据进行存储。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤1）中波形数据具体根据仿真所需的波形信号设置得到；或所述步骤1）中波形数据具体通过采集在实时环境下仿真所需的波形信号得到。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤3）的具体步骤为：所述步骤2）中将存储的所述波形数据具体通过PCI板卡触发输出标准大小的对应电压或电流信号。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤3）中将所述原始波形信号具体进行功率放大、高压隔离的信号调理。

本发明进一步提供一种任意仿真波形的生成装置，包括：

波形数据生成模块，用于根据仿真所需的波形信号预先生成对应的波形数据并进行存储；

仿真信号触发模块，用于执行仿真测试时，将存储的所述波形数据转化为对应的电压或电流信号，并按预设的第一采样率进行输出，得到原始波形信号输出；

仿真信号调理模块，用于将所述原始波形信号进行信号调理，得到所需大小的仿真波形信号输出。

作为本发明装置的进一步改进，所述波形数据生成模块包括：

仿真波形记录单元，用于根据仿真所需的波形信号绘制对应的图形并记录图形轨迹，所述图形轨迹的纵向坐标位置对应幅值大小；

波形数据获取单元，用于按预设的第二采样率获取所述图形轨迹中离散数据点的幅值数据，得到对应的波形数据；

波形数据存储单元，用于将获取得到的所述波形数据进行存储。

作为本发明装置的进一步改进，所述波形数据生成模块根据仿真所需的波形信号设置对应的波形数据，生成对应的波形数据；或所述波形数据生成模块通过采集实时环境下仿真所需的波形信号得到。

作为本发明装置的进一步改进：所述仿真信号触发模块包括PCI触发板卡，将存储的所述波形数据触发输出标准大小的对应电压或电流信号。

作为本发明装置的进一步改进：所述仿真信号调理模块包括相互连接的功率放大单元以及高压隔离单元。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明在需要生成仿真波形时，预先生成并存储对应的波形数据，在仿真测试时，获取波形数据来触发输出波形信号，经过信号调理后即可得到所需的仿真波形信号，实现操作简单，不受波形信号复杂程度的限制，能够满足任意仿真波形生成的需求，且不需要复杂的数理分析过程，波形生成的效率高，不会影响仿真测试的效率；

2）本发明将触发得到的波形信号经过信号调理后得到所需大小的仿真波形信号，提供给被测产品进行仿真测试，所生成的仿真波形精度高，且不会随着环境的变化发生改变，因而能够提供精确、稳定性高的仿真测试环境；

3）本发明通过预先根据所需要的仿真波形信号统一生成对应的波形数据，再将波形数据进行存储，使得后续在需要执行仿真测试时，可直接获取得到波形数据进行触发，减少仿真过程中波形信号生成的时间，提高波形生成以及仿真测试的效率；同时使得不受波形数据量大小的限制，可以根据实际需求生成任意数据量大小的波形信号；

4）本发明进一步可通过绘制所需的仿真波形，再按照预设的采样率获取波形轨迹上离散数据点对应的幅值，获取得到波形数据，可以方便的生成长时间范围的波形数据，从而可以适用于各种大数据量仿真波形的仿真测试中；本发明进一步还可通过实时环境数据采集、波形数据设置的方式获取波形数据，可根据实际需求选择对应的波形数据获取方式，从而提供多样化的仿真操作方式。

附图说明

图1是本实施例任意仿真波形的生成方法的实现流程示意图。

图2是本发明具体实施例中实现任意波形的生成方法的结构示意图。

图3是本发明具体实施例中任意波形的生成方法的实现原理示意图。

图4是本发明具体实施例中绘制的波形以及生成波形数据的原理示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例任意仿真波形的生成方法，步骤包括：

1）波形数据生成：根据仿真所需的波形信号预先生成对应的波形数据并进行存储；

2）仿真信号触发：执行仿真测试时，将存储的波形数据转化为对应的电压或电流信号，并按预设的第一采样率进行输出，得到原始波形信号输出；

3）仿真信号调理：将原始波形信号进行信号调理，得到所需大小的仿真波形信号输出。

本实施例在需要生成仿真波形时，预先生成并存储对应的波形数据，在仿真测试时，获取波形数据来触发输出波形信号，经过信号调理后即可得到所需的仿真波形信号，实现操作简单，不受波形信号复杂程度的限制，能够满足任意仿真波形生成的需求，且不需要复杂的数理分析过程，波形生成的效率高，不会影响仿真测试的效率。

本实施例将触发得到的波形信号经过信号调理后得到所需大小的仿真波形信号，以提供给被测产品进行仿真测试，生成的仿真波形信号不会随着环境的变化发生改变，因而能够提供精确、稳定的仿真测试环境，提高仿真测试的精度及稳定性。

由于仿真测试中所需的仿真信号通常对应较大的数据量，本实施例通过预先根据所需要的仿真波形信号统一生成对应的波形数据，再将波形数据进行存储，使得后续在需要执行仿真测试时，可直接获取得到波形数据进行触发，减少仿真过程中波形信号生成的时间，提高波形生成以及仿真测试的效率；同时使得不受波形数据量大小的限制，可以根据实际需求生成任意数据量大小的波形信号。

本实施例步骤1）中波形数据具体可采用多种输入及生成方式，各种方式如下所示：

第一种方式：绘制图形获取方式

本实施例采用该种方式时，具体步骤为：

1.1）仿真波形记录：根据仿真所需的波形信号绘制对应的图形并记录图形轨迹，图形轨迹的纵向坐标位置对应幅值大小；

1.2）波形数据获取：按预设的第二采样率获取所述图形轨迹中离散数据点的幅值数据，得到对应的波形数据；

1.3）波形数据存储：将获取得到的所述波形数据进行存储。

本实施例具体通过坐标纸绘制出所需生成的仿真波形，其中坐标纸的纵坐标为波形的幅值大小，最大值可根据实际需求进行设定，横坐标为时间。波形绘制时，随着波形轨迹的移动，横坐标以固定时间间隔平移，即可获得手绘波形轨迹，再按照预设的采样率获取波形轨迹上离散数据点的纵坐标（即幅值），将离散数据点的纵坐标以预设格式进行存储，即获取得到所需的波形数据。本实施例通过将波形数据存放在.txt文件（文本文件）中，便于进行数据查看，同时便于后续获取波形数据进行信号触发。采用上述方法获取波形数据，可以方便的生成长时间范围的波形数据，从而可以适用于各种大数据量仿真波形的仿真测试中。

第二种方式：实时环境数据采集方式

本实施例该类方式具体是通过采集真实环境下所需仿真波形的波形数据，以降低不同环境对波形数据的影响，保证波形生成的精度。通常信号采集设备提供的波形数据为.dat格式文件数据（二进制文件），本实施例通过将.dat格式文件数据转换为.txt格式文件。

第三种方式：人工输入数据方式

本实施例该类方式具体是通过为所需生成的仿真波形设置对应的波形数据，以直接获取得到波形数据。设置波形数据后首先录入至存储文件中，如Excel文件中，并以时间顺序排列，当仿真数据量较大时，可便于对文件中数据进行操作，然后将存储文件中数据转存为.txt格式文件。

通过上述方式中一种即可实现波形数据的获取，实际中可根据实际需求选择其中一种方式，当然在其他实施例中，也可以根据需求采用其他的波形数据获取方式。

本实施例中，步骤2）将存储的波形数据通过PCI（PeripheralComponentInterconnect，外设部件互联标准）板卡触发输出标准大小的对应电压或电流信号，由PCI板卡将波形数据转换为一定大小的电压或电流信号，实现波形数据到模拟信号的转换。

本实施例中，步骤3）中将原始波形信号具体进行功率放大、高压隔离的信号调理。由于通过PCI板卡触发输出的电压或电流信号通常为标准大小，无法满足实际仿真波形的需求，因而通过功率放大的信号调理，可按比例调理成所需大小的仿真波形信号，通过高压隔离还能够实现作为信号源的仿真波形信号的有效隔离。

采用上述方法生成任意所需的仿真波形，即可作为电气产品的仿真测试输出源，以完成被测产品的仿真测试。

如图2所示，本发明具体实施例中实现任意仿真波形的生成方法实现时，硬件设备包括：工控机主机、工控机显示器、PCI接口模拟输出板卡、USB接口键盘、USB接口鼠标、调理电路，其中工控机显示器用于信号源生成波形的显示和人机交互过程中信息的显示；工控机主机作为系统的核心部件，运行有XP操作系统；USB接口键盘为输入设备；USB接口鼠标用于波形描绘的操作输入；PCI接口模拟输出板卡用于触发输出标准大小的电压或电流信号；调理电路用于对信号进行信号放大、高压隔离的处理。执行仿真测试时，通过控制上述硬件设备完成被测产品所需仿真波形信号的生成，再通过被测产品输出检测设备，检测在该信号源的激励下被测产品的电气特性。

如图3所示，本实施例通过工控主机输入手绘波形数据或实际环境下的波形数据，并存在磁盘中；需要执行仿真测试时，工控机将磁盘数据按设定的采样率发给PCI接口的模拟输出板卡，由PCI模拟输出板卡进行信号触发，输出标准大小的仿真波形信号；PCI模拟输出板卡输出的标准大小的仿真波形信号再经过信号放大、高压隔离的信号调理后，得到所需大小的仿真波形信号进行仿真测试。

本实施例具体通过工控主机中的labVIEW（Laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench，实验虚拟仪器工程平台）开发软件设计一个横纵坐标可变的坐标纸，坐标纸由横坐标轴（时间t）、纵坐标轴（幅值R（t））和坐标原点（起始值）组成。如图4所示，绘制波形时，在坐标纸上按下鼠标移动光标，将鼠标移动的轨迹记录在坐标纸上，根据不同的采样率从波形轨迹上取设定采样率下的离散数据点（R（tx）），将采集到的数据存放在磁盘中，即可获取得到手绘波形数据。

本实施例进一步提供一种任意仿真波形的生成装置，包括：

波形数据生成模块，用于根据仿真所需的波形信号预先生成对应的波形数据并进行存储；

仿真信号触发模块，用于执行仿真测试时，将存储的波形数据转化为对应的电压或电流信号，并按预设的第一采样率进行输出，得到原始波形信号输出；

仿真信号调理模块，用于将原始波形信号进行信号调理，得到所需大小的仿真波形信号输出。

本实施例中，波形数据生成模块包括：

仿真波形记录单元，用于根据仿真所需的波形信号绘制对应的图形并记录图形轨迹，图形轨迹的纵向坐标位置对应幅值大小；

波形数据获取单元，用于按预设的第二采样率获取图形轨迹中离散数据点的幅值数据，得到对应的波形数据；

波形数据存储单元，用于将获取得到的波形数据进行存储。

本实施例中，波形数据生成模块中波形数据具体根据仿真所需的波形信号设置得到；或波形数据生成模块中波形数据通过采集实时环境下仿真所需的波形信号得到。

本实施例中，仿真信号触发模块包括PCI触发板卡，将存储的波形数据触发输出标准大小的对应电压或电流信号。

本实施例中，仿真信号调理模块包括相互连接的功率放大单元以及高压隔离单元。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种任意仿真波形的生成方法，其特征在于，步骤包括：

1）波形数据生成：根据仿真所需的波形信号预先生成对应的波形数据并进行存储；

2）仿真信号触发：执行仿真测试时，将存储的所述波形数据转化为对应的电压或电流信号，并按预设的第一采样率进行输出，得到原始波形信号输出；

3）仿真信号调理：将所述原始波形信号进行信号调理，得到所需大小的仿真波形信号输出。

2.根据权利要求1所述的任意仿真波形的生成方法，其特征在于，所述步骤1）的具体步骤为：

1.1）仿真波形记录：根据仿真所需的波形信号绘制对应的图形并记录图形轨迹，所述图形轨迹的纵向坐标位置对应幅值大小；

1.2）波形数据获取：按预设的第二采样率获取所述图形轨迹中离散数据点的幅值数据，得到对应的波形数据；

1.3）波形数据存储：将获取得到的所述波形数据进行存储。

3.根据权利要求1所述的任意仿真波形的生成方法，其特征在于：所述步骤1）中波形数据具体根据仿真所需的波形信号设置得到；或所述步骤1）中波形数据具体通过采集实时环境下仿真所需的波形信号得到。

4.根据权利要求1或2或3所述的任意仿真波形的生成方法，其特征在于：所述步骤2）中将存储的所述波形数据具体通过PCI板卡触发输出标准大小的对应电压或电流信号。

5.根据权利要求4所述的任意仿真波形的生成方法，其特征在于：所述步骤3）中将所述原始波形信号具体进行功率放大、高压隔离的信号调理。

6.一种任意仿真波形的生成装置，其特征在于，包括：

波形数据生成模块，用于根据仿真所需的波形信号预先生成对应的波形数据并进行存储；

仿真信号触发模块，用于执行仿真测试时，将存储的所述波形数据转化为对应的电压或电流信号，并按预设的第一采样率进行输出，得到原始波形信号输出；

仿真信号调理模块，用于将所述原始波形信号进行信号调理，得到所需大小的仿真波形信号输出。

7.根据权利要求6所述的任意仿真波形的生成装置，其特征在于，所述波形数据生成模块包括：

仿真波形记录单元，用于根据仿真所需的波形信号绘制对应的图形并记录图形轨迹，所述图形轨迹的纵向坐标位置对应幅值大小；

波形数据获取单元，用于按预设的第二采样率获取所述图形轨迹中离散数据点的幅值数据，得到对应的波形数据；

波形数据存储单元，用于将获取得到的所述波形数据进行存储。

8.根据权利要求6所述的任意仿真波形的生成装置，其特征在于：所述波形数据生成模块中波形数据具体根据仿真所需的波形信号设置得到；或所述波形数据生成模块中波形数据通过采集实时环境下仿真所需的波形信号得到。

9.根据权利要求6或7或8所述的任意仿真波形的生成装置，其特征在于：所述仿真信号触发模块包括PCI触发板卡，将存储的所述波形数据触发输出标准大小的对应电压或电流信号。

10.根据权利要求9所述的任意仿真波形的生成装置，其特征在于：所述仿真信号调理模块包括相互连接的功率放大单元以及高压隔离单元。